現代有軌電車平交路口信號系統控制方案研究

雷 彬，孟凡超

（廣州鐵科智控有限公司，廣州 510145）

隨著近年國內城市軌道交通的快速發展，有軌電車因其安全可靠、舒適便捷、節能環保等特點，逐漸成為中小城市公共交通運輸體系的骨干，以及大中城市軌道交通網的補充，在城市軌道交通中占據重要地位[1]。有軌電車區別于傳統城市軌道交通的最大特點是與市政交通有道路交叉，以麗江市有軌電車1號線為例，對有軌電車平交路口信號系統控制方案展開研究。有軌電車在城市交通系統中的應用逐漸廣泛，與有軌電車線路交叉的路口也隨之多樣化，一條線路中同時出現多種不同類型的路口成為普遍情況，如何通過路口控制系統實現電車在不同類型平交道口安全高效運行成為有軌電車當前發展階段需要解決的主要問題。結合麗江市有軌電車1號線，對有軌電車平交路口信號系統控制方案展開研究。

1 設計概述

1.1 項目概況

麗江市有軌電車1號線起于游客中心站，終點至玉龍雪山站，全程途經11個市政地面道路，線路與沿線的地面道路平面交叉，形成典型的鐵路與公路平交口。信號系統提供路口控制系統，用于與市政交通控制系統接口交互。該線采用傳統的司機目視行車，平交路口前方設置路口表示器，用于指導司機駕駛、控制平交口路權與防護道路安全。平交路口前方設置接近信標、到達信標，平交路口后方設置離去信標。電車掃過接近信標后，車載系統發送接近請求與路口控制系統建立連接，路口根據電車接近情況與市政交通控制系統進行信號傳輸，控制路口表示器的顯示，從而實現電車安全通過平交路口[2]。

1.2 設計原則

根據國標《輕軌交通設計標準》（ GB/T 51263-2017）第 11.6.5 條“平交口信號優先的控制策略”第 2 項 “當交叉口交通流量滿足設置信號控制的最低要求，且相交道路交通流量明顯小于正線道路交通流量時，宜采用優先的信號控制”的規定[3]，對應麗江市有軌電車1號線實際情況，與有軌電車線路相交叉的道路均為城郊、道路等級低、交通流量較少的鄉村支路、等外道路及四級公路等。而有軌電車途經麗江市熱門旅游景點，有軌電車滿足絕對優先運行的條件。為發揮軌道交通安全、快捷、高效、節能環保的優勢，提高和改善麗江市旅游景區交通條件，本線路設計為有軌電車與道路相交的平交口采用有軌電車絕對優先方案[4]。

1.3 路口類型

麗江市有軌電車1號線路口類型具體分為3類：

1）與站臺關聯的平交路口：即按運營正方向，路口在電車出站后200 m范圍內，在該類型的平交路口，系統確保電車?？空九_時不占用市政道路的路權，列車出站后能迅速通過路口；

2）無站臺關聯的平交路口：即按運營正方向，路口不屬于電車出站后200 m范圍內，對于該類型平交路口，系統保證電車在路口空閑狀態下以最短的占用時間通過路口；

3）車輛基地道路平交路口：該路口僅供車輛基地內部使用，由于此類型路口屬于內部使用且使用率極低，路口在無過道申請的情況，長期為電車開放允許狀態，保障運營效率。

2 路口控制系統

2.1 系統結構

路口控制系統包含電源模塊、CPU模塊、光電轉換模塊以及專用信號機控制模塊，通過與市政交通控制系統、路口表示器交互，并基于綜合承載網與車載系統、綜合調度管理系統進行交互，實現路口控制的功能[5]。

電源模塊：AC/DC開關電源，輸入AC 220 V，輸出DC±15 V。模塊具有完備斷電報警功能，模塊支持熱插拔。

CPU模塊：作為路口控制器的核心組件，根據電車接近信息提供優先邏輯處理功能，同時對外提供通信接口，分別與專用信號機控制模塊和市政交通控制器進行通信和數據交互。

光電轉換模塊：用于將電信號轉換成光信號，接入綜合承載網交換機，并通過綜合承載網與綜合調度管理系統、車載系統進行交互。

IO模塊/RS-422/RS-485模塊：用于與市政交通控制系統進行交互，通過繼電接口與市政交通進行控制命令的發送和接收。

路口控制系統架構如圖1所示。

圖1 路口控制系統架構Fig.1 The architecture of the level crossing control system

2.2 系統功能

路口控制系統主要用于實現有軌電車在交叉路口的信號控制。路口控制系統可通過接收車載子系統發送的電車接近、到達和離去路口的判斷信息，并將相關信息送往市政交通控制系統，實現各種交通工具之間的有序運行[6]。

電車運行至路口前方的接近信標，電車的信標天線掃過接近信標時，車載系統向路口控制系統發送接近請求，路口控制系統接收到接近請求后，回復車載系統信息包，完成通信連接建立。電車通過路口后，電車的信標天線掃過離去信標，車載系統向路口控制系統發送離去信息，路口控制系統接收離去信息后與車載系統斷開連接[7]。

路口控制系統僅在電車位于對應路口的接近信標至離去信標范圍內與車載系統建立通信進行信息交互，最大限度節約系統計算及通信資源，優化系統性能。

路口控制系統向市政交通系統提供電車及路口信息后，市政交通控制系統根據優先級策略返回路口表示器的優先狀態；路口控制系統根據市政交通控制系統的返回狀態，通過車載和綜合調度系統向司機和調度反饋[8]。

2.3 系統接口

路口控制系統接口包括與車載系統接口、與市政交通控制系統接口、與綜合調度管理系統接口。路口控制系統與車載系統、綜合調度管理系統之間的接口均采用以太網，路口控制系統與市政交通控制系統之間的接口采用繼電接口。路口控制系統接口信息交互如圖2所示。

圖2 路口控制系統接口信息交互Fig.2 Interface information exchange of the level crossing control systems

路口控制系統與市政交通控制系統之間的每一路接口信號采用一組繼電器干接點實現。路口控制系統繼電器的驅動電源及接口干接點采集電源由路口控制系統自身提供，市政交通控制系統繼電器的驅動電源及接口干接點采集電源由市政交通控制系統提供。

路口控制系統與市政交通控制系統雙向收發詳細接口信號和定義如表1所示。

表1 接口信號定義Tab.1 Interface signal def initions

3 路口通過方案

每個平交路口設置路口控制器一套，用于控制路口表示器。路口上行和下行各設置一架路口表示器，用于指示有軌電車允許/禁止通過路口。根據有軌電車運行正方向，在路口前方依次設置接近信標和達到信標，在路口后方設置離去信標。

3.1 與站臺關聯的平交路口

當有軌電車運行至與站臺關聯的平交路口附近，設備布置時復用站臺精確定位信標作為路口接近信標，電車經過接近信標，不與路口控制系統立刻建立連接。進站停車后等待停站倒計時到規定時間時，電車的車載系統再發送接近請求與路口控制系統建立連接，防止有軌電車過多占用路權影響市政交通的運行效率。同理，若離開路口后近距離內有站臺，則復用站臺精確定位信標作為離去信標，使電車進入站臺后能及時釋放路權。路口控制系統向市政交通控制系統發送電車接近請求信息后，市政交通控制系統關閉市政交通信號，開放有軌電車專用路口表示器。

與站臺關聯的平交路口如圖3所示。

圖3 與站臺關聯的平交路口Fig.3 Level crossing associated with the platforms

3.2 無站臺關聯的平交路口

當有軌電車運行至無站臺關聯的平交路口附近時，經過接近信標，電車的車載系統發送接近請求與路口控制系統建立連接，路口控制系統向市政交通控制系統發送電車接近請求信息，市政交通控制系統接收到信息后關閉市政交通信號，開放有軌電車專用路口表示器。有軌電車駛離平交路口，經過離去信標后，有軌電車發送離去信息至路口控制系統與之斷開連接，市政交通控制系統接收到離去信號，自動恢復路口交通信號正?？刂?，開放市政道路信號[9]。

無站臺關聯的平交路口如圖4所示。

圖4 無站臺關聯的平交路口Fig.4 Level crossing not associated with the platforms

3.3 車輛基地道路平交路口

車輛基地道路因只用于車輛基地內部使用且使用率較低，故電車專用路口表示器設置為常綠允許狀態。當有行人或社會車輛需要使用車輛基地道路時，按壓設置在道路兩旁信號機（LX10101/LS10104）上的申請按鈕，路口控制系統接收到路權申請后，檢查路口空閑狀態后開放路權。LX10101與LX10103、LS10102與LS10104設置為互斥信號，保證道路安全，并設置計軸JZ101、JZ102、JZ103、JZ104進行安全防護。當系統檢測到計軸JZ101-JZ103之間有電車，LX10101將被強制置為紅燈禁止信號，不再接收路權申請。同理系統檢測到計軸JZ101-JZ103之間有電車，LS10102將被強制置為紅燈禁止信號。

車輛基地道路如圖5所示。

圖5 車輛基地道路平交路口Fig.5 Level crossing between the tram line and the road of the vehicle base

4 路口通過流程

當路口控制系統設備正常且有軌電車線路空閑時，向市政交通控制系統發送的接近請求繼電器ASJ處于落下狀態、故障繼電器TFJ處于吸起狀態，有軌電車專用路口表示器點紅燈禁止通行。

當平交路口有車接近時，路口控制系統向市政交通控制系統發送的接近請求繼電器ASJ處于吸起狀態，市政交通控制系統在約定的延時時間內，將市政交通控制燈置為禁止通行狀態，將有軌電車專用路口表示器點亮為綠色允許通行狀態。

平交路口的市政交通燈禁止、有軌電車專用路口表示器點亮允許通行狀態后，市政交通控制系統向路口控制系統發送允許通過狀態，路口控制系統收到允許通過狀態后允許有軌電車通行。

有軌電車通過路口后，路口控制系統收到有軌電車的離去信號，向市政交通控制系統發送的接近請求繼電器ASJ處于落下狀態。市政交通控制系統收到ASJ落下狀態后，釋放路口優先請求，將有軌電車專用路口表示器點為紅色禁止通行，市政交通控制系統開放市政交通路權。

當市政交通控制系統收到路口控制系統故障時，將有軌電車專用路口表示器點為黃色閃爍。

通過流程如圖6所示。

圖6 有軌電車通過路口流程Fig.6 Process of trams passing through level crossings

5 結語

結合麗江市有軌電車1號線的具體線路情況，對現代有軌電車平交路口信號系統控制方案進行分析研究，解決了同一線路上有不同類型路口時電車如何安全高效通過的問題。結合具體平交路口的特點和實際情況，對電車通過路口方案進行針對性定制化設計，充分發揮了有軌電車安全、快捷、高效等優點，實現平交路口合理、合規、有效的交通組織，確保兩種不同類型的交通系統能有序地運行，分流合理，最大限度地提高交通運輸通行能力[10]。